(57)【要約】  本願明細書の技術は、堆積物内にボイドの無い金属ハードマスク（ＭＨＭ）構造を生成するためのスピンオン金属を堆積するための方法を提供する。これは、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｎＯｘ、ＨＦＯｘ、ＴａＯｘ等の有効なスピンオン堆積を含む。かかる材料は、分化のために、材料エッチング抵抗率の分化を提供するのを助けることができる。マルチライン層で使用するためのスピンオン金属ハードマスク（ＭＨＭ）を可能にすることによって、スリットベース又は自己整合ブロッキングストラテジーを効果的に使用することができる。本願明細書の技術は、所与のレリーフパターン内の特定の開口を充填するための充填材料を特定し、液体形態の充填材料と側壁又は床表面との間の界面の接触角度がギャップの無い又はボイドの無い充填を可能にするように、開口内の表面の表面エネルギー値を調節することを含む。
2019510366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を基板上に堆積させる方法であって、当該方法は、
下地層を露出する開口を画定するレリーフパターンを有する基板を受け取るステップであって、前記レリーフパターンは、前記開口を画定する側壁表面を提供し、前記下地層は、前記開口を画定する床表面を提供し、前記側壁表面は第１表面エネルギー値を有し、前記床表面は第２表面エネルギー値を有する、ステップと、
前記基板上へのスピンオン堆積を介して前記基板上に堆積されることによって、前記の画定された開口を充填するための充填材料を特定するステップと、
表面エネルギー調節処理を実行するステップであって、前記表面エネルギー調節処理は、前記第１表面エネルギー値及び前記第２表面エネルギー値のうちの少なくとも一方を、液体形態の前記充填材料と前記側壁表面又は前記床表面との間の界面の接触角度値が６０度未満になるように調節する、ステップと、
表面エネルギー調節処理を実行するステップの後に、前記側壁表面及び前記床表面と接触している前記画定された開口を前記充填材料が充填するように、前記基板上にスピンオン堆積を介して前記充填材料を堆積するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、前記液体形態の充填材料と前記側壁表面との間の前記界面の前記接触角度値が６０度未満になるように、前記第１表面エネルギー値を調節するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、３０度未満の、前記液体形態の充填材料と前記側壁表面との間の前記界面の前記接触角度値をもたらす、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、２０度未満の、前記液体形態の充填材料と前記側壁表面との間の前記界面の前記接触角度値をもたらす、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、前記液体形態の充填材料と前記床表面との間の前記界面の前記接触角度値が６０度未満になるように、前記第２表面エネルギー値を調節するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、３０度未満の、前記液体形態の充填材料と前記床表面との間の前記界面の前記接触角度値をもたらす、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、２０度未満の、前記液体形態の充填材料と前記床表面との間の前記界面の前記接触角度値をもたらす、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、前記基板をプラズマプロセスシステム内でプラズマ生成物に曝露するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、液体ベースの調節剤を前記レリーフパターン上に堆積するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記液体ベースの調節剤を前記レリーフパターン上に堆積するステップは、エッチング後湿式クリーニングを実行するステップを含む、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、前記レリーフパターン上にコンフォーマル膜を堆積するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記表面エネルギー調節処理を実行するステップは、原子層堆積、化学気相堆積及び直流電流重畳からなる群から選択される処理を実行するステップを含む、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記レリーフパターンは、４０ナノメートル未満の臨界寸法を有する開口を画定する、
請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記基板上に前記充填材料を堆積するステップは、前記第１表面エネルギー値に適合する堆積溶媒システムを用いるステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記基板上に前記充填材料を堆積するステップは、前記第２表面エネルギー値に適合する堆積溶媒システムを用いるステップを含む、
請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願についてのクロス・リファレンス
本願は、「金属酸化物のスピンオン堆積法」と題する２０１６年１月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／２８８，２５３号の利益を主張し、その全体が参照により本願明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本願明細書の技術は、半導体ウエハのスケーリング及びパターン化に関する。
【０００３】
リソグラフィープロセスにおけるライン幅を縮小する方法は、歴史的に、より大きなＮＡ（開口数）光学、より短い露光波長、又は空気以外の界面媒体（例えば水浸漬）を使用することに関与してきた。従来のリソグラフィープロセスの解像度が理論上の限界に近づくにつれて、製造者は光学的限界を克服するためにダブルパターン化（ＤＰ）方法に目を向け始めている。
【０００４】
（フォトリソグラフィのような）材料処理方法において、パターン化された層を作成することは、フォトレジストのような放射線感受性材料の薄い層を基板の上部表面に塗布することを含む。この放射感応材料は、基板上の下地層にパターンを転写するためのエッチングマスクとして使用されうるレリーフパターンに変換される。放射線感受性材料のパターン化は、一般に、例えばフォトリソグラフィシステムを用いて、レチクル（及び関連する光学系）を介して、放射線感受性材料上に化学線を露光（exposure）することを含む。この露光の後に、放射線感受性材料の照射領域（ポジティブフォトレジストの場合のように）又は非照射領域（ネガレジストの場合のように）を現像溶媒に依存して除去することができる。このマスク層は、複数のサブ層を含むことができる。
【０００５】
放射線又は光のパターンを基板上に露光するための従来のリソグラフィ技術は、露光されるフィーチャのサイズを制限し、露光されるフィーチャ間のピッチ又は間隔を制限する様々な課題を有する。露光限界を緩和する１つの従来技術は、従来のリソグラフィ技術で可能であったものよりも小さいピッチでより小さいフィーチャのパターン化を可能にするために、２重パターン化手法を使用する技術である。
【発明の概要】
【０００６】
ピッチスケーリングを維持するために、Ｎ７（ノード７）以降のバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）トレンチパターン化は、サブ３６ｎｍピッチパターン化を実施しなければならない。この比較的小さいピッチをパターン化することは困難でありえるにもかかわらず、それは、ＥＵＶ１３．５ｎｍのリソグラフィ、自己整列２重パターン化（ＳＡＤＰ）、１９３ｎｍの自己整列４重パターン化（ＳＡＱＰ）を含む種々の方法によって、又は、誘導自己集合（ＤＳＡ）を介して達成されることができる。トレンチパターン化プロセスの１つの有用な技術は、領域選択ブロッキングプロセスであり、そこでは最終的に所望のトレンチレイアウトを形成するために、比較的長いラインがチェーン又はラインエンドカット等に切断される。ピッチがより小さくなるにつれて、かかるブロックパターンのオーバーレイ要件はリソグラフィツールの能力を越える。
これは、ＢＥＯＬ製造におけるピッチスケーリングを継続するために克服すべき主要な課題である。
【０００７】
自己整列ブロッキング（ＳＡＢ）技術は、より小さいノードでのパターン化の課題を克服することを可能にすることができる。ＳＡＢの概念は、扱いにくいオーバーレイ要件が、より扱いやすい（more manageable）エッチング選択性課題を有するブロックパターンオーバレイと交換されるということである。例えば、マルチライン層は、異なる材料の交互ラインで形成されている。これらの材料の１つ以上が残余材料をエッチングすることなく選択的にエッチングされることができるという点で、これらの材料は異なる。エッチングマスクがこのマルチライン層にわたって形成され、このエッチングマスクがマルチライン層のうちの複数の材料ラインを露出する比較的大きな開口を有する場合、これらの材料のうちの１つをターゲットとするために所与のエッチングプロセスを調整することは、エッチングマスク開口を（少なくとも１つの材料が除去された状態で）マルチライン層と組み合わせることが下地層へのパターン転写のために組み合わせられたサブ解像度エッチングマスクを効果的に生成するように、エッチングマスク開口が基本的にさらに狭小化されることを意味する。かかるパターン化は、スピンオン金属ハードマスク（ＭＨＭ）材料が用いられる場合、特に有用であることができる。
【０００８】
本願明細書の技術は、金属ハードマスク（ＭＨＭ）構造を生成するためのスピンオン金属を堆積するための方法を提供する。これは、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｎＯｘ、ＨＦＯｘ、ＴａＯｘ等の有効なスピンオン堆積を含む。かかる材料は、マルチライン層の異なる「色」の提供と称される、エッチング抵抗率の分化を提供することを助けることができる。マルチライン層で使用するためのスピンオン金属ハードマスク（ＭＨＭ）を可能にすることによって、スリットベース又は自己整列ブロッキングストラテジーを可能にする所与のパターン上で多色分解が達成される。本願明細書の技術は、所与のレリーフパターン内の特定の開口を充填するための充填材料を特定し、液体形態の充填材料と側壁表面との間の界面の接触角度がギャップの無い充填を可能にするように、表面エネルギー値を調節することを含む。
【０００９】
当然のことながら、本願明細書に記載される異なるステップの説明の順序は、明瞭さの目的で提示されている。一般に、これらのステップは、任意の適切な順序で実行することができる。さらに、本願明細書における異なるフィーチャ、技術、構成などの各々は、本開示の異なる箇所で論じることができるが、それぞれの概念を互いに独立して、又は互いに組み合わせて実行することが意図される。従って、本発明は多くの異なる方法で具体化され及び考察されることができる。
【００１０】
この概略セクションは、本開示又は請求項に記載された発明の全ての実施態様及び／又は逐次の新規な態様を特定するものではないことに留意されたい。その代わりに、この概要は、異なる実施形態の予備的説明、及び従来技術に対する新規性の対応する箇所を提供するのみである。本発明及び実施形態の付加的詳細及び／又は可能な展望のために、読者は、以下でさらに述べられるように、本開示の詳細な説明のセクション及び対応する図面に導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の様々な実施形態のより完全な理解及びそれらによる効果の多くは、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明を参照することによって容易に明らかになるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに特徴、原理及び概念を説明することに重点が置かれている。
【図１】本願明細書において開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。
【図２】本願明細書において開示される実施形態による表面調節を示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。
【図３】本願明細書において開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。
【図４】充填材料内のボイドを示す基板セグメントを拡大して示す画像である。
【図５】本願明細書における技術によるボイドの無い充填を示す基板セグメントを拡大して示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願明細書の技術は、金属ハードマスク（ＭＨＭ）構造を生成するためのスピンオン金属材料を堆積させる方法を提供する。これは、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｎＯｘ、ＨＦＯｘ、ＴａＯｘ等の有効なスピンオン堆積を含む。かかる材料は、マルチライン層の異なる「色」の提供と称される、エッチング抵抗率の分化を提供することを助けることができる。マルチライン層で使用するためのスピンオン金属ハードマスク（ＭＨＭ）を可能にすることによって、スリットベース又は自己整列ブロッキングストラテジーを可能にする所与のパターン上で多色分解が達成される。
【００１３】
このスピンオン金属酸化物（ＭｅＯｘ）集積化の間の課題は、ギャップ充填である。５〜６：１に達するアスペクト比を有する、ＳＡＱＰパターンのサブ１８ｎｍスペースのためのギャップ充填は、著しく困難である。しかしながら、本願明細書の技術は、先端ノード・狭ピッチ・バックエンドオブライン（advanced node narrow pitch back end of line）（ＢＥＯＬ）のトレンチパターン化におけるいくつかの課題を解決する。
【００１４】
本願明細書の技術は、スピンオンＭｅＯｘ材料のためのギャップ充填問題を解決する。ＭｅＯｘ材料が配置される溶媒システムの表面エネルギーをトレンチ／開口の側壁及び／又は床の表面エネルギーと適合することによって、トレンチのボイドの無い充填が達成される。本願明細書の技術は、側壁及び／又は床の表面エネルギーを改善することができるいくつかの方法を含む。かかる方法は、例えば酸素、窒素、水素及びフッ素含有ガスによるエッチング後処理などの表面処理を含む。他の処理は、希釈フッ化水素酸（ｄＨＦ）、硫黄過酸化物（ＳＰＮ）などによるエッチング後湿式クリーニングを含む。他の処理は、例えばイソプロピルアルコール、脱イオン水、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤ）等による、コーター／現像システム内での適用前処理（pre-applying treatment）を含む。他の選択肢は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、直流重畳（direct current superposition）などによって、コンフォーマル膜を形成することである。
【００１５】
スピンオンＭｅＯｘ（金属酸化物）材料の不適当なボイド充填性能の一つの原因は、トレンチ表面（及び／又は床表面）の表面エネルギーとスピンオンＭｅＯｘシステムの表面エネルギーとの間の不適合である。例えば、スピンオンＭｅＯｘ材料が親水性である場合であって、（側壁及び床を含む）トレンチの表層が疎水性である場合は、そうすると親水性材料はトレンチを完全には濡らさず、したがって、焼成プロセスの間にボイドをもたらす。
【００１６】
本願明細書において開示されるように、表面エネルギーを慎重に適合させることはスピンオンＭｅＯｘ材料のためのボイドの無いギャップ充填を可能にする。多くの別の実施形態がある。いくつかは、単一のガス又はガス混合物を用いる任意のプラズマエッチングチャンバー又は他の処理チャンバー内におけるエッチング後プロセス、特定の化学製剤を用いるポストクリーニング処理及びトラックツール（コーター／現像ツール）内における適用前処理を含む。
したがって、本願明細書の技術は、いくつかのスピンオンＭｅＯｘ材料のボイドの無い、欠陥の無いギャップ充填を可能にする。かかる充填技術は、例えば５ｎｍＢＥＯＬトレンチパターン化のための自己整列（ＳＡＢ）集積化を可能にする。
【００１７】
図４は、従来技術でのギャップ充填問題の一例を示す。図４は、金属酸化物材２０７によって充填された開口を有する基板セグメントの拡大画像である。しかしながら、金属酸化物２０７の堆積が、金属酸化物によって充填されている開口の底部にボイド２１１もたらすことに留意されたい。
【００１８】
本願明細書の技術は、材料を基板上に堆積させる方法である。レリーフパターンを有する基板は受け取られるか又は提供される。レリーフパターンは、下地層を露出する開口を画定する。レリーフパターンは、開口を画定する側壁表面を提供する。下地層は、開口を画定する床表面を提供する。換言すれば、レリーフパターンは、下地層まで延在するトレンチ又は孔又は他の開口を有する。これらのトレンチ又は開口は、側表面及び底部面を有する。レリーフパターンは側表面を提供し、下地層の頂部表面は所与の孔又はトレンチの床表面又は底部表面として機能する。いくつかの実施形態において、レリーフパターンは、４０ナノメートル未満の臨界寸法を有する開口を画定することができる。
【００１９】
側壁表面は第１表面エネルギー値を有し、床表面は第２表面エネルギー値を有する。各材料又は表面のこれらの表面エネルギー値は、使用される特定の材料に応じて異なることができ又は同一であることができる。図１は、開口を画定する例示的基板セグメントの一例を図示する。この基板セグメントがレリーフパターン１５０及び下地層１３５を含むことに留意されたい。レリーフパターン１５０は、２つの異なる材料のラインを含む。文字「Ａ」及び「Ｂ」が、これらの材料の上方に表示される。文字「Ｃ」が、レリーフパターンの開口の上方に表示される。非限定的な実施例として、文字Ｃによって示される開口は、金属含有材料を充填されるべきトレンチであることができる。
【００２０】
充填材料は、スピンオン堆積を介して基板上に堆積されることによって、画定された開口を充填するために、特定され又は選択される。充填材料は、金属酸化物又は他の金属含有材料を含むことができる。
【００２１】
表面エネルギー調節処理は、実行される。表面エネルギー調節処理は、第１表面エネルギー値及び第２表面エネルギー値のうちの少なくとも一方を、液体形態の充填材料と側壁表面又は床表面との間の界面の接触角度値が６０度未満になるように調節する。かかる表面エネルギー調節処理は、従って側壁表面、床表面のいずれか又は両方を目的とすることができる。選択されるエネルギー調節処理に応じて、液体形態の充填材料と側壁表面との間の界面の接触角値が６０度未満でありえるか、３０度又は２０度未満でありえる。
【００２２】
表面エネルギー調節処理を実行することは、実行される調節処理の種類に応じて、液体形態の充填材料と床表面との間の界面の接触角度値が６０度未満又は３０度未満又は２０度未満になるように、第２表面エネルギー値を調節することを含む。
【００２３】
本願明細書の技術は、充填されるべき表面の表面エネルギーを調節するためのいくつかの別の処理を提供する。処理の一実施例は、基板をプラズマプロセスシステム内でプラズマ生成物に曝露すること（exposing）を含む。図２は、かかる例示的処理を図示する。プラズマ１７２は、表面エネルギーを変化させるために、プラズマ生成物が基板表面と反応するように、又は基板に衝突するように、基板の作業表面上にわたって形成されることができる。プラズマ生成物の等方的流れは、側壁表面を調節するために有用である。
【００２４】
他の実施形態では、液体ベースの調節剤はレリーフパターン上に堆積されることができ、それは表面と反応し又は表面を変化させることができる。かかる液体ベースの処理は、エッチング後湿式クリーニングを実行することを含むことができる。レリーフパターン材料及び下地層材料に基づいて選択された特定のクリーニング化学薬品で、基板が、同時にクリーニング及び調節されることができる。
【００２５】
別の調節技術は、例えば、原子層堆積、化学気相堆積、直流電流重畳又はそれらの組み合わせによって、コンフォーマル膜をレリーフパターン上に堆積させることを含む。
【００２６】
一つ以上の調節処理が実行されることができることに留意されたい。いくつかの製造技術において、第１調節処理は側壁表面を調節するために用いられることができ、第２調節処理は床表面を調節するために用いられることができる。また、２つ以上の処理は、所望のように所与の表面を調節するために実行されることができる。１つ以上の調節処理が実行された後、金属‐含有‐材料でありうる充填材料は、スピンオン堆積を介して基板上に堆積させる。この堆積は、充填材料が画定された開口を充填するように、側壁表面及び床表面と接触している充填材料で行われる。所与の充填材料に調整されている表面エネルギーでのかかる堆積はボイドの無い充填をもたらす。図３は、充填操作の後に、充填材料の任意の過充填（overburden）を除去するための任意の平坦化ステップの後の基板セグメントの例示的結果を図示する。
【００２７】
特定の非限定的な例として、プロパノール（アルコール）を主成分とする低温チタン酸化物（ＴｉＯｘ）溶媒システムは、基板上に堆積される。この金属酸化物を堆積させる前に、酸化性エッチング後処理（oxidative post-etch treatment）は、イソプロピルアルコールでの洗浄と同様に実行される。図５に示すとおり、結果は、金属酸化物のボイドの無い充填である。
【００２８】
前述の説明では、プロセスシステムの特定の幾何学的形状、及びそこで使用される様々なコンポーネント及びプロセスの説明などの特定の詳細が示されている。しかしながら、本願明細書における技術は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施されてもよく、そのような詳細は、説明の目的であって限定ではないことを理解されたい。本願明細書に開示された実施形態は、添付の図面を参照して説明されている。同様に、本発明の完全な理解を提供するために、特定の数、材料、及び構成が、説明の目的で示されている。にもかかわらず、そのような具体的な詳細なしに実施形態を実施することができる。なお、実質的に同一の機能構成を有するコンポーネントについては、同様の符号によって示され、従って説明を省略されることができる。
【００２９】
様々な技術を、様々な実施形態の理解を助けるための複数の離散的な動作として説明した。説明の順序は、これらの操作が必然的に順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。実際に、これらの操作は、提示順に実行される必要はない。説明された動作は、記載された実施形態とは異なる順序で実行されてもよい。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び／又は記載された動作が追加の実施形態で省略されてもよい。
【００３０】
本願明細書で使用する「基板」又は「ターゲット基板」は、一般に、本発明に従ってプロセスされる物体を指す。基板は、デバイス、特に半導体又は他のエレクトロニクスデバイスの、いかなる材料部分又は構造をも含むことができ、例えば、半導体ウエハ、レチクルのようなベース基板構造であるか、又は、ベース基板構造上の若しくはベース基板構造を覆う薄膜のような層でありうる。したがって、基板は、パターン化された又はパターン化されていない、任意の特定のベース構造、下地層又はオーバーレイ層に限定されず、むしろ任意のそのような層又はベース構造、及び、層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むことが意図される。説明は、特定のタイプの基板を参照することができるが、これは説明の目的のみである。
【００３１】
当業者であれば、本発明の同じ目的を依然として達成しつつ、上述した技術の動作に多くの変形を加えることができることを理解するであろう。そのような変形は、本開示の範囲によって網羅されることが意図される。このように、本発明の実施形態の前述の説明は、限定を意図するものではない。むしろ、本発明の実施形態に対する制限は、添付の特許請求の範囲に示されている。
【図１】
2019510366.tif 000003
【図２】
2019510366.tif 000004
【図３】
2019510366.tif 000005
【図４】
2019510366.tif 000006
【図５】
2019510366.tif 000007
【国際調査報告】
2019510366.tif 000008
2019510366.tif 000009